Wärme- und Kälteerzeugung findet bei Gebäude D über einen mehrstufigen, thermodynamischen Prozess statt. Wesentlicher Bestandteil dieses Energiekonzeptes sind Erdsonden. Sie machen die im Boden gespeicherte Sonnenwärme als erneuerbare Energie nutzbar.
Die Gebäude auf dem Areal Guisanplatz sind an die Energiesysteme der ersten Ausbauetappe des Verwaltungszentrums angeschlossen. Dort wird mit einer Kombination aus Abwärmenutzung, Erdsonden, Energiepfählen und einem Free-Cooling-System, Wärme und Kälte für die Raumtemperierung erzeugt (Infos).
Für Gebäude D wurde dieses Konzept weitergeführt. Es zeichnet aus, dass die Anlagen die jahreszeitlichen Temperaturschwankungen im Boden nicht nur für Wärmegewinnung nutzen, sondern auch zum Kühlen. Zusammen mit der Photovoltaikanlage auf dem Dach, kann so fast ein Viertel Netzstromenergie eingespart werden. Vier Faktoren haben sich die Planenden für ihr mehrstufiges Aufbereitungsverfahren von Umweltenergie zunutze gemacht.
Neben Gebäude D sind zwölf Erdsonden verlegt. Sie reichen als schlankes, U-förmiges Rohrsystem, in dem aufbereitetes Wasser zirkuliert, vertikal 300 Meter in die Tiefe. Anders als bei Tiefengeothermie, wo die Wärme in mehreren Kilometern Tiefe aus der Erdkruste oder Wasser gewonnen wird, dient am Guisanplatz das Erdreich als Sonnenwärme-Depot. Erdwärmeenergie steht als CO2-neutrale, lokale Ressource ganzjährig zur Verfügung und kann wetterunabhängig langfristig Wärmebedarf decken.
Im Boden wirkt das einfache, physikalische Gesetz: warm strömt zu kalt. Die Flüssigkeit in den Erdsonden entzieht die Erdwärme und leitet sie nach oben, wo sie für die Heizperiode mit einer Grundtemperatur zwischen 10 (Ende Heizperiode) bis 18 (Start Heizperiode) Grad ankommt.
Diese Grundwärme wird mit Hilfe von zwei leistungsstarken Wärmepumpen in Wärmeenergie umgewandelt und über einen Wärmetauscher als Heizwärme im Gebäude verteilt. In den Räumen sind Deckenstrahlplatten installiert, die als Heizung und als Kühlung funktionieren und ein angenehmes Raumklima schaffen (zur Gebäudetechnik).
Roman Portmann, Gesamtprojektleiter und Fachkoordinator für die Gebäudetechnik, hat die Energieverbrauchszahlen hochgerechnet. Die Bilanz sei unter anderem so gut, weil der für dieses System nötige Energiebedarf nahezu vollständig durch Erdwärme abgedeckt werden kann.
Energiebedarf Normalbetrieb
Energiequellen Normalbetrieb
Über die Sommermonate erwärmt sich der Boden durch Sonneneinstrahlung bis tief ins Erdreich. Für eine behagliche Raumtemperatur muss die gewonnene Erdwärme von 18 Grad nur um 17 Grad auf 35 Grad Vorlauftemperatur erhöht werden. Mit dieser Vorlauftemperatur kann das Gebäude auch an Frosttagen auf angenehme 21 Grad geheizt werden.
In den Wintermonaten kühlt der Boden langsam auf 9 bis 10 Grad aus. «Im Frühjahr dreht sich daher das System um», so Portmann. «Nun nutzen wir bis zirka Mitte Juli das kühlere Wasser aus den Erdsonden, um die Raumtemperatur auf 24 Grad zu stabilisieren.» Mit diesem energieeffizienten Free Cooling-Verfahren durch Kühle aus dem Erdreich können Gebäude ohne oder nur mit reduziertem Einsatz von Kältemaschinen gekühlt werden.
Ab Mitte des Sommers wird das Erdreich zu warm für den Freien Kühlprozess. Ab dann werden die Räume mit mechanisch, in der Wärmepumpe erzeugter Kühlenergie versorgt. «Für das Heizen und Kühlen verbrauchen wir hochgerechnet nur 17 Prozent des Gesamtenergiebedarfs des Gebäudes», so Portmann.
Da das Gebäude mit der niedrigen Vorlauftemperatur von 35 Grad betrieben werden kann, ist der Energieaufwand ungleich niedriger als in einem Normalhaus, wo 40–50 Grad normal sind. Dabei hilft neben der effizienten Haustechnik die Architektur: Das Gebäude ist sehr kompakt gebaut, auf grossflächige Auskragungen oder Einbuchtungen wurde verzichtet. Die Fassade isoliert maximal. «Ohne dies, würden wir mit dieser niedrigen Vorlauftemperatur die Räume nicht warm bekommen – wir bräuchten mehr Heizflächen», so Portmann.
Der CO2-Fussabdruck von Gebäude D ist klein. «Es ist kein 0-Energie Gebäude», so Portmann. «Aber: wir brauchen nur Strom und keine fossilen Brennstoffe. Wäre der gesamte Netzstrom Strom aus Wasser- oder Windkraft, könnten wir Gebäude D CO2-neutral betreiben.»
